压电陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷材料技术领域，特别涉及压电陶瓷材料及其制备方法。所述压电陶瓷材料为具有钙钛矿结构的化合物，分子通式为ABX3；其中，A位点元素包括Pb和掺杂元素I，所述掺杂元素I选自Cu和La中的一种或几种；B位点元素包括Zr、Ti和掺杂元素II，所述掺杂元素II选自Zn和Nb中的一种或几种；X位点元素包括O和F。所述压电陶瓷材料能在≤950℃的温度下与纯银浆料多层共烧结，成本低，而且介电性能、压电常数以及机电耦合系数较高。机电耦合系数较高。

【技术实现步骤摘要】
压电陶瓷材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷材料
，特别涉及压电陶瓷材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着智能时代的到来，压电陶瓷元件作为一种高性能的感知和执行元件获得越来越多的应用，随着应用的展开，微型化的压电元件成为未来发展的主要方向。微型化的压电元件中多层共烧压电元件是关键的组成部分。
[0003]任何器件的应用除了本身的性能、功能之外，都脱离不了其本身成本的制约；因此对于多层共烧压电元件来讲，除了高性能的要求，对于如何降低成本成为了关键。
[0004]多层共烧元件，是指由压电陶瓷材料和电极浆料共烧结制备而成的元件，由于其制备工序节省了一个烧结的步骤，本身成本得到了控制，进一步解决成本主要取决于共烧电极成本，一般而言，共烧电极浆料成本占整个压电元件成本的70％左右，针对压电多层元件而言一般共烧电极有两种选择：一种是以银为主的银钯浆料(Ag/Pd)，市面使用的常用银钯比例为(70/30～100/0)，一种是以铜为主的铜浆料。
[0005]选择铜浆料作为多层压电元件的共烧电极其材料直接成本很低，理论上是比较好的一种选择，但是由于铜电极烧结对于气氛控制及材料设计都有很高的要求，目前不是一种主流的选择。选择银或银钯电极作为多层压电元件共烧电极是目前的一种主要选择，但是不同的厂家选择的银钯比例存在比较大的差异，有选择(Ag/Pd：70/30)(银钯合金中70％为银，30％为钯)，有选择(Ag/Pd：85/15)，有选择(Ag/Pd：90/10)，也有选择(Ag/Pd：95/5，也有部分厂家使用纯银电极。如果将纯银浆料的成本定义为1，那么对应95/5银钯浆料成本为5，90/10银钯浆料成本为10，70/30银钯浆料成本为30。可见银钯比例不同的银钯浆料，成本不同。
[0006]而选择什么样的银钯电极浆料的核心是选择什么样的压电陶瓷材料与其共烧，进一步的核心是在涂覆电极浆料后，压电陶瓷材料适合在什么温度与电极浆料烧结，如果共烧结温度不高于950℃，可以选择纯银浆料，成本可以控制较低；而如果压电陶瓷材料的烧结温度不高于990℃，可以选择90/10银钯浆料。这样来看，如何制备高性能低温共烧结的压电陶瓷材料成本关键。

技术实现思路

[0007]基于此，本专利技术提供一种压电陶瓷材料，其可通过在≤950℃的温度下与纯银浆料多层共烧结制备而成，成本低，而且介电性能、压电常数以及机电耦合系数较高。
[0008]技术方案为：
[0009]一种压电陶瓷材料，所述压电陶瓷材料为具有钙钛矿结构的化合物，分子通式为ABX3；
[0010]其中，A位点元素包括Pb和掺杂元素I，所述掺杂元素I选自Cu和La中的一种或几种；
[0011]B位点元素包括Zr、Ti和掺杂元素II，所述掺杂元素II选自Zn和Nb中的一种或几种；
[0012]X位点元素包括O和F。
[0013]在其中一个实施例中，所述X位点元素中，O元素与F元素的摩尔比为(2.985
‑
2.991)：(0.009
‑
0.015)。
[0014]在其中一个实施例中，所述X位点元素中，O元素与F元素的摩尔比为2.9905：0.0095。
[0015]在其中一个实施例中，所述A位点为Pb
2+a
Cu
+(1
‑
a)
；
[0016]B位点为(Zn
b
Nb1‑
b
)
4+(1
‑
c
‑
d)
Zr
4+c
Ti
d4+
；
[0017]X位点O
e
F
(3
‑
e)
；
[0018]其中，a、b、c、d、e表示摩尔分数；
[0019]0.99≤a≤0.998；0.3≤b≤0.45；0.45≤c≤0.495；0.45≤d≤0.495。
[0020]本专利技术还提供一种上述压电陶瓷材料的制备方法。
[0021]技术方案为：
[0022]一种压电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
[0023]取包含A位点元素、B位点元素和X位点元素的制备原料，进行研磨混料、煅烧、粉碎、成型、涂覆电极浆料、共烧结和极化处理，制备压电陶瓷材料；
[0024]所述共烧结的温度≤950℃。
[0025]在其中一个实施例中，所述包含A位点元素、B位点元素和X位点元素的制备原料包括氧化物和氟化物；
[0026]所述氧化物包括Pb的氧化物、掺杂元素I的氧化物、Zr的氧化物、Ti的氧化物和掺杂元素II的氧化物；
[0027]所述氟化物包括Pb的氟化物和Zn的氟化物中的一种或几种。
[0028]在其中一个实施例中，所述Pb的氧化物选自PbO和Pb3O4中的一种或几种；
[0029]所述掺杂元素I的氧化物选自Cu2O和LaO中的一种或几种；
[0030]所述Zr的氧化物为ZrO2；
[0031]所述Ti的氧化物为TiO2；
[0032]掺杂元素II的氧化物选自Nb2O5和ZnO中的一种或几种；
[0033]所述Pb的氟化物为PbF2；
[0034]所述Zn的氟化物为ZnF2。
[0035]在其中一个实施例中，所述烧结的时间为4h
‑
6h。
[0036]在其中一个实施例中，所述研磨混料的方法为球磨湿法混料。
[0037]在其中一个实施例中，所述煅烧的温度为750
‑
850℃，所述煅烧的时间为2h
‑
3h。
[0038]在其中一个实施例中，所述成型的方法为：利用粘结剂使所述粉体成型至预设尺寸。
[0039]在其中一个实施例中，所述电极浆料为纯银浆料。
[0040]在其中一个实施例中，所述极化的电场强度为1.5KV/cm
‑
2.5KV/cm，温度为100
‑
120℃。
[0041]与传统方案相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0042]本专利技术的压电陶瓷材料是一种锆钛酸铅(PZT)材料，通过引入掺杂元素I和掺杂元素II对A位点的铅和B位点的锆钛进行了掺杂，在此基础上，还对将X位点的氧进行了氟掺杂，在实现降低烧结温度的同时，抑制氧的挥发不会导致出现氧空位，保证压电陶瓷材料的高性能。本专利技术的压电陶瓷材料能够在≤950℃的温度下与纯银浆料多层共烧结，减低成本，而且介电性能、压电常数以及机电耦合系数较高。
具体实施方式
[0043]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术公开内容理解更加透彻全面。
[0044]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电陶瓷材料，其特征在于，所述压电陶瓷材料为具有钙钛矿结构的化合物，分子通式为ABX3；其中，A位点元素包括Pb和掺杂元素I，所述掺杂元素I选自Cu和La中的一种或几种；B位点元素包括Zr、Ti和掺杂元素II，所述掺杂元素II选自Zn和Nb中的一种或几种；X位点元素包括O和F。2.根据权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征在于，所述X位点元素中，O元素与F元素的摩尔比为(2.985
‑
2.991)：(0.009
‑
0.015)。3.根据权利要求2所述的压电陶瓷材料，其特征在于，所述A位点为Pb
2+a
Cu
+(1
‑
a)
；B位点为(Zn
b
Nb1‑
b
)
4+(1
‑
c
‑
d)
Zr
4+c
Ti
d4+
；X位点O
e
F
(3
‑
e)
；其中，a、b、c、d、e表示摩尔分数；0.99≤a≤0.998；0.3≤b≤0.45；0.45≤c≤0.495；0.45≤d≤0.495。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取包含A位点元素、B位点元素和X位点元素的制备原料，进行研磨混料、煅烧、粉碎、成型、涂覆电极浆料、共烧结和极化处理，制备压电陶瓷材料；所述共烧结的温度≤950℃。5.根据权利要求4所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述包含A位点元素、B位点元素和...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱，秦小勇，
申请(专利权)人：广东奥迪威传感科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：